1、制造業(yè)信總化口墨墨墨巒墨a旺墨疊墨互墨墨仿一,毽蠢,cAD,cAM,cAE,cAPPI 基于Witness車輛路徑問題的仿真建模與優(yōu)化閔旭東,韓曉龍(上海海事大學科學研究院,上海200135摘要:簡要介紹了車輛路徑問題及仿真的知識,針對實際問題,利用Witness仿真軟件,建立車輛路徑問題的仿真模型,然后運行仿真模型,得到仿真輸出結果,通過對模型結果的輸出分析,尋找車輛路徑問題的瓶頸因素,通過對瓶頸因素的解決,進行問題的優(yōu)化,最后得到更優(yōu)的可行解。關鍵詞:車輛路徑問題;仿真;模型;系統(tǒng):優(yōu)化中圖分類號:TP301。6文獻標識碼:A文章編號:10022333【2009l1-005604Simul

2、ation Modeling and Optimization of Vehicle Routing Problem Based on WitnessMIN Xu-dong,HAN Xiao-long(Shanghai Maritime University,Shanghai200135,ChinaAbstract:The paper introduces the knowledge of vehicle routing problem and system simulation,By a specific example,the simulation model is found about

3、 vehicle routing problem by witness,further,the simulation model is run and outcome is obtained.Based on the results of simulation model.this paper analyzes the factors ofbottleneckof vehicle routing problem,and resolves it,the problem is optimized.Finally,more feasible solution is put forward by si

4、mulation analysis.Key words:vehicle routing problem;simulation;model;system;optimization1車輛路徑問題的描述車輛路徑問題(Vehicle Routing Problem,簡稱VRP是物流配送優(yōu)化中的一個重要問題,是由G.Dantzing和J.Ramser于1959年提出的一個典型的組合優(yōu)化問題,是交通和物流配送領域的一個核心問題,其典型定義如下:一般指對一系列的客戶點,組織適當?shù)男熊嚶肪€,使車輛有序地通過它們,在滿足一定的約束條件下(如貨物需求量,車輛容量限制,以及到達時間限制等,達到一定的目標(如運距最短

5、,費用最小,車輛數(shù)盡量少和客戶滿意度最佳等。2仿真概述仿真是通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)的目的,系統(tǒng)是我們研究的對象,可以是在建系統(tǒng),也可以是未建系統(tǒng),模型屜對系統(tǒng)的抽象,仿真則是通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)的同的。仿真模型是輸入一輸出模型,也就是說在給定輸入的情況下,它們產生最可能的系統(tǒng)輸出,因此它們很大程度上是“運行”,而不是“解決”,它們不產生最優(yōu)方案,而是作為一種“分析實驗者給定條件下系統(tǒng)行為的t具”。在車輛路徑優(yōu)化中,我們根據(jù)實際需要,建立車輛路徑的仿真模型,通過運行一定的時間,得到數(shù)據(jù)輸出報告,進行仿真模型的分析。可以預先得出模型的瓶頸問題,如車輛太少,速度太慢等,然后提前進行

6、優(yōu)化,以提高效益,降低成本,以高水平實現(xiàn)物流的供應,滿足客戶的需求。3車輛路徑問題的仿真建模與優(yōu)化3.J問題描述某物流公司現(xiàn)在的營運狀態(tài):S1與S2是車輛出發(fā)56I機械工程師2009年第11期點,7個提貨點P和7個收貨點D,其中P和D的編號是相對應的,給Pi點處的貨物需要運送到Di處,經過某科研小組的優(yōu)化研究,目前在用車輛及其所經路徑如圖1所示,目標成本為3933.1元。出發(fā)點Sl有V1、V3、V5三輛車,出發(fā)點S2處有V2、V4、V6、V7四輛車,各車的相應參數(shù)如表1所示。表1最大時間容量車速Vl501650V2301060v3401550V42040最大時間容量車速V5701840V670

7、1550V7601460按照車速將車輛分為慢速、中速和快速三種類型。三種類型的車輛在行走過程中的單位距離成本不同,慢速車輛的單位距離成本系數(shù)為1.1,中速系數(shù)為l,快速系數(shù)為0.8。以Pl到P7為例,其距離為200,則慢速車行走的成本為220,中速車行走的成本為200,快速車行走的成本為160。車輛超出最大工作時間的單位時間懲罰成本為1.5,車輛總行走時間的換算當量成本系數(shù)為0.5,即:obi=車輛行走成本+o.5×車輛總行走時間+1.5×車輛超出最大工作時間的時間。各點之間的路程如下(公里:SI一(200_p2_(141pl一(100J1一(500_d2Sl一(283一p

8、3一(141一d3一(316一p4_(224_d4S2一(200J7一(141d7S2一(224一p5一(424d5一(224_p6一(224_d6各任務點的參數(shù)如表2。表23.2構建結構模型定義車輛路徑系統(tǒng)元素,并布置可視化模型結構圖,根據(jù)現(xiàn)行狀態(tài)構建的仿真模型,如圖2所示,可以清晰地看出各實體的相互關系,s代表車場,v代表車輛,t代表路徑,P代表提貨點,d代表收貨點。3.2.1結構模型的設置結構模型的設置包括元素的可視化設置與細節(jié)設置,可視化設計的主要元素有:車輛(Vehicle,路徑(Tracks。提貨點、收貨點(Buffers,貨物(Pan等。3.2.2元素的可視化設置選擇Sl、s2分

9、別設置它們的text。icon.rectangle屬性項。選擇Vl、V3、V2、V7。設置它們的Style、text屬性項,選擇t元素,設置它們的Style屬性項,選擇p.d元素設置它們的icon、text屬性等。3.2.3變量的設置模型的設計中使用了大量的變量,總數(shù)有106個變量,這些變量是實數(shù)型的全局變量,應用這些全局變量的好處是我們既能在模型中顯示全局變量和它們的值,又能生成全局變量的報告,便于對模型的分析,另外一個重要的原因是,我們可以方便對變量的修改,產生新的優(yōu)化方案。這些變量如vlspeed、Vllueheng、VItime、VIsumtime、制造業(yè)信露化Vlkongzhi、Vl

10、shijian、mubiaozongchengben,在對有些變量的賦值中,我們應用了分布函數(shù),這些變量在仿真每次運行的過程中.按照分布得到不同的樣本值,這樣更增加了模型的現(xiàn)實可信性。3.2-4各元素的細節(jié)設置(以Vl所經路徑為例對vehicle元素Vl的細節(jié)設計Entry.to:PUSH to Tr5In motion,unloaded:vlspeed(1。loaded:vlspeed(2對tr5元素的細節(jié)設計GeneralOn.action on:VItime(1=TIME.Vlspeed(1=NORMAL(50,2。6 Front.action anfront:Vhime(2=T1ME.

11、Vllueheng(1=200vlsumtime(1=Vltime(2一Vltime(1.VIkongzhi(1=Vltime(2一Vltime(1 Out putto:PUSHtoTrlLoading.Input loading rule:PULL from Part007out of p2對trl元素的細節(jié)設計GeneralOn.action on:Vltime(3_TIME.Vlspeed(2=NORMAL(50,l,7 Front.action on front:Vltime(4:TIME.Vllueheng(2=141Vlsumtime(2=VItime(4一VItime(3.Vlk

12、ongzhi(2=Vltime(4一Vltime(1 Outputto:PUSH to Tr2Loading.Input loading rule:PULL from Part006out of pl對tr2元素的細節(jié)設計GeneralOn.action on:Vltime(5=TIME.Vlspeed(2=NORMAL(50,2。8 Front.action on front:Vltime(6=TIME.Vllucheng(3=100V1sumtime(3=V!time(6-Vtime(5.V1kongzhi(3=Vltime(6一Vltime(1Outputto:PUSH to tr3Lo

13、ading.input loading rule:PULL from Part007out of Conl al FrontUnloading.output unloading rule:PUSH Part007to Conl at Rear, nLrt006to Conl at Rear對tr3元素的細節(jié)設計GeneralOn.action on:Vltime(7-TlME.Vlspeed(2=NORMAL(50,2,9 Front.action0n front:Vltime(8=TlME.Vllucheng(4=500Vlsumtime(4=Vltime(8一Vltime(7.V1kong

14、zhi(4=VItime(s一Vltime(1 Out put to:PUSH to tr4Unloading.output unloading rule:PUSH Part007to d2對tr4元素的細節(jié)設計GeneralOn.actiono聯(lián)Vltime(9=TIME.Vispeed(1=NORMA“50。2。i0 Front.action On front:Vltime(10=TIME Vllucheng(5=200V1sumtime(4=Vltime(10一VItime(9.V18hiiian=Vltime(to一Vltime(1IF V lshijian>50V1ehecha

15、oshijian=VIshijian-50ENDIFvlchengben=VIlucheng(1+V1lucheng(2+Vllucheng(3+V1lucheng(4+Vllueheng(5-tO,S*Vlshijian+LS*Vlchechaoshijian機械工程師2009年第11期I 57制造業(yè)信息化墨墨墨墨墨墨冒墨墨互墨圓仿_/蓮羹/CAD/CAM/CAE/CAPP一III I1F V4shijian>0AND V2shijian>0ANDV3shijian>0AND Vlshijian>AMAX(V4shijian,V2shijian.V3shijian.m

16、ubjaozongchengben=vlchengben+V2ehengben+v3ehengben+V4chengbenENIIFOutputto:pushtoTr53,2.5模型運行結果及分析模型仿真鐘取系統(tǒng)默認1的時間單位為lh,運行1000.1的仿真時間單位,得到系統(tǒng)的利用情況,如表3。表3lVame ldld%Loaded/%Transfer/%Stop/%Blocked/%Distance lmads Demand/% Vl164231.1443.778.67023761伽66OV227.9211,5860.00o.502354750500V323.78IO.4752.0913.6

17、7O17056.00310V714.1414.1453.4018.3l016488加27O 運行1000個時問單化后,我們將各類型車輛的總行走時間。超時成本,車超時間,目標總成本加總平均,前8次目標總成本列于表中,得到表4。表4車型總時間車超時間成本平均目標總成本Vl45.992O1163.9V219.855O395.523934 V365,83125.8311259.6V774.84014.8401115.6前8次目標3914.763933,143936.433935.17總成本3934.473934.5l3934.543933.8l由于在目標成本中。車輛行走成本是固定的,岡而影響目標成本的

18、因素只有車輛總行走時間與車輛超時工作時間.車輛超時下作時間的權重是車輛行走總時間權重的3倍。所以為減小目標總成本,我們先從超時工作的車輛作為突破口,能最快地減小目標總成本,從表5我們分析得到,只有V3、V7車輛超時,且V3超時最長,這就是瓶頸因素,所謂瓶頸因素就是如果這個問題不解決,目標成本將很難減少,對V3、V7而言,車輛超時有兩種可能因素,一是車輛速度太慢,二是車輛在中問停滯時間過長,從表4我們分析得到v3的停止率13.67,V7的停止轟5Il黜ldle/%Demand/%Transfe/%Loade4t%Stop/%Blocked/%DistanceVl15.64047.“28.508,

19、22022020JDoV623.78052.1l10.4713.65017056.00v227.9l O60.Ol lI.580.50023512.25.,U嘀nS 旦!坐!型!型!塑!竺!:竺6l表63l 車型總時間車超時間成本平均目標總成2鼬Vl45.70901163.827V219。857O395.523895.5 v665.831O1220.9V774.840t4.840l¨5.6前8次目標3883.263895.1l3897.453897.12總成本3896.353896.3l3896.363895.6258I機械工程師2009年第11期率為l8.3l,說明兩車超時并不是速

20、度慢而造成的,對V3而言,它是中等速度的車型,已完傘滿足要求,如果采取速度更快的車效果不大,中間還會產生更多的等待時間,造成等待成本的增加,所以我們轉向尋找同等速度而工作時間更長的車犁,但必須滿足容量的要求,從表3可得V6的速度與容量與V3相同,但工作時l'日J更長,可有效減少成本,因此產生第一個優(yōu)化方案,那就是用V6代替v3。同理,對v7而占,其停I:率最長,說明不是速度的問題,在容量方面,V3,v4、V5都滿足要求,在工作時間方面.v4最長,且v4與v5車速相同,都為40,對V3而言,各屬性都劣于v7,所以我們用V4代替V7,于是產生第二個優(yōu)化方案。即用v4代替V7,我們之所以不將

21、兩個方案組合在一起,是因為這樣可以更明顯地分析每個兇素的結果。王3新方案的運行及分析由于在仿真中運用了大量的變量,兇此在優(yōu)化方案時就會IF常方便。針對優(yōu)化方案一,只需將V3修改為v6,同時將最大工作時l日J修改為70,以及每個變量程序的名稱修改一一下,即可以運行。針對優(yōu)化方案二,則需要將v7的名稱、最大工作時間、容量、車速以及每個變量的的名稱修改一下。33.1方案優(yōu)化結果統(tǒng)計模型仿真鐘取系統(tǒng)默認1的時間單位為1h.運行1000.1的仿真時間單位,得到系統(tǒng)的利用情況,(I優(yōu)化方案一的模型運行情況運行1000仿真時間單位后,各車型的利用情況統(tǒng)計分析的百分比,如表5,以及運行1000仿真時間單位后各

22、車型屬性的均值,及前8次目標總成本與目標總成本的均值,如表6。(2優(yōu)化方案二模型運行情況運行1000仿真時間單位后,各車型的利用情況統(tǒng)計分析的百分比,如表7,以及運行1000仿真時問單位后各車礤屬性的均值,及前8次目標總成本與目標總成本的均值,如表8。表7name Idld%Demand/%Transfer/%lmded/%Stop/%Blocked/%Distance Ixads Vl16A2043.7731.148.67023761,0066 V323.78O52.(J9lO.4713.67017056,0031 V227.92060.0011.580.50023547,5050 V420

23、D00513419.508.76015616,0026表8車型總時間車超時B】成本甲均目標總成本Vl45.992O i163,9V219,8550395.524309.5 V365.83125.8311259.6V478.644O1491.3前8次Izt標4294.264308.924311.034310r38總成本4309.374310374309.654309,243.3.2優(yōu)化方案分析從表5與表3的對比中我們分析第一個優(yōu)化方案,制造業(yè)信總化仿I建ICADICAMICAEICAPP口盈盈誓盈盈互函墨互正圓基于Autodesk Inventor王小玲1.陳書劍2(1.武漢科技學院機電學院,武

24、漢430073:2.武漢職業(yè)技術學院,武漢430074究摘要:使用Autodesk Inventor軟件創(chuàng)建復雜箱體零件時,可將其分解成多個簡單的基本體并建模,然后裝配、衍生成零件胚體,最后創(chuàng)建細部特征,便可生成復雜箱體零件。文章探討了復雜箱體零件的創(chuàng)建方法和關鍵技術,對其它復雜零件的建模具有指導意義。關鍵詞:Autodesk Inventor;復雜;零件:建模:分解中圖分類號:TP391.72文獻標識碼:A文章編號:122333(200911一59一。2Study of Complex Box Parts Modeling Based on Autodesk InventorWANG Xia

25、o-lin91,CHEN Shu-jian2(1.College of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan University of Science and Engineering,Wuhan430073,China;2.Wuhan Polytechnic Institute,Wuhan430074,ChinaAbstract:When creating complex box parts using Autodesk Inventor,user can break them down into several simple basic c

26、omponents,then assemble the components basic body,and finally finish up with detail characteristics.11le author discussed the complex box body components creation method and key technologies,which has the guiding sense to other complex pans modeling.Key words:Autodesk Inventor;complex;parts;modeling

27、;breakInventor是Autodesk公司的參數(shù)化機械設計系統(tǒng),基金項目:國家自然科學基金資助項目(50775165它提供了方便實用的基本實體建模工具,能直接快速地創(chuàng)建普通零件的模型。而創(chuàng)建復雜零件的模型可以得出其差距較小,用V6代替V3以后,只是出現(xiàn)一些微小的變化,這主要是仿真系統(tǒng)自身運行的結果,但從表6與表4的對比分析中,用V6代替V3以后,超時現(xiàn)象明顯消除,這主要是V6的工作時間更長,所以總成本有1259.6下降為1220.9,目標總成本由3934下降為3895,方案得到進一步的更優(yōu)結果。同理我們分析第二個優(yōu)化方案,從表7與表3的對比分析中,用V4代替V7以后其停止率從18.31%降到8,76%,這主要是在每一個提貨點與收貨點都有時間窗限制,V7車速快,當其到達服務點時,服務點的時間窗還沒打開,其停止率自然偏高。當用車速較慢的V4代替車速較快的V7后,其停止率自然降低了。但從表8與表4的對比分析中,用V4代替V7以后,超時現(xiàn)象消除,這主要是兇為